20 Schwerpunkt: FTIR-Spektroskopie für Asphaltgranulat – Teil 2 Abbildung 7: Spektren dreier aus Straßenausbaustoffen rückgewonnener Bindemittel mit PAK-Belastungen von 8.000 mg/kg (Teer), 100 mg/kg (PAK 100) und eines Straßenbaubitumens im Wellenzahlbereich von 600 bis 1800 cm -1 den im Folgenden zusammengestellten Banden durchgeführt. Beispielhaft zeigt Abbildung 7 Spektren von drei Straßenausbaustoffen. Es ist deutlich zu erkennen, dass hochbelastete Bindemittel (Teer) auch visuell einfach identifiziert werden können. Geringer belastete Bindemittel hingegen weisen einen sehr ähnlichen Spektrenverlauf wie ein Bitumen auf. Für die Quantifizierung der PAK-Belastung wurden die Peakflächen bei folgenden Wellenzahlen bestimmt, an denen einzelne PAK-Verbindungen charakteristische Absorbanzen aufweisen: • Antraphthylene (630 bis 741 cm -1 ), • Flourene (660 bis 749 cm -1 ), • Flouranthene (640 bis 749 cm -1 ), • Indenopyrene (650 bis 732 cm -1 ) und • Phenanthrene (640 bis 742 cm -1 ). Als Kennwert für die PAK-Belastung einer Probe wurde der PAK-Prüfwert PA,PAK als Summe der genannten Absorbanzflächen bestimmt. Zur Identifizierung von Styrol-Butadien-Styrol-Copolymeren (SBS) und damit von elastomermodifiziertem Bitumen in Asphaltgranulatproben wurden die Peakflächen bei folgenden charakteristischen Wellenzahlen bestimmt: • Styrol: 699 cm -1 und • Butadien: 968 cm -1 . Der Alterungszustand eines Bindemittels kann anhand der Ausprägung von Oxidationsprodukten identifiziert werden: • Carbonyl-Verbindungen (C=O): 1696 cm -1 • Sulphoxidgruppen (S=O): 1030 cm -1 . Viskositätsverändernde Wachse im Asphaltgranulat können ebenfalls im mittels Heißextraktion rückgewonnenen Bindemittel identifiziert werden: • Amid-Wachse: 3350 cm -1 , • FT-Wachs: 728 cm -1 . Folgende Additive können nicht durch FTIR-Analyse der mittels Schnellextraktion aus Asphaltgranulaten gewonnenen Bindemittelproben identifiziert werden: • Gummigranulate erwiesen sich in der Kaltextraktion als unlöslich und konnten daher nicht im Bindemittel identifiziert werde. Lediglich das bei manchen Gummigranulaten als Kompatibilizer eingesetzte Vestenamer weist einen charakteristischen Absorbanzpeak bei 966 cm -1 auf. • Die untersuchten Naturasphalte Trinidad und Gilsonit können aufgrund ihrer chemischen Ähnlichkeit zu Bitumen nicht mittels FTIR-Spektroskopie identifiziert werden. Abbildung 8: Gegenüberstellung der PAK-Belastung aus Vorinformationen und des Prüfwertes PA,PAK mit Einteilung in Gruppen der PAK- Belastungen < 25 mg/kg und > 25 mg/kg 4|2023
Schwerpunkt: FTIR-Spektroskopie für Asphaltgranulat – Teil 2 21 • Der untersuchte Haftverbesserer Wetfix ist aufgrund der geringen Konzentration im rückgewonnenen Bindemittel nicht identifizierbar. • Kalkhydrat reagiert mit der Zeit zu Kalkstein, sodass an Asphaltgranulatproben keine Unterscheidung zu dem zumeist ebenfalls als Fremdfüller eingesetzten Kalksteinmehl möglich ist. Ergebnisse Nachweis der PAK-Belastung mittels FTIR-Analyse Für die Überprüfung der Eignung der FTIR-Analyse für die Bestimmung der PAK-Anteile in einem Straßenausbaustoff wurden an 50 Proben mit zuvor halb-quantitativ mittels Dünnschichtchromatographie oder quantitativ mittels HPLC oder GPC bestimmten PAK-Gehalten zwischen 0 und 8000 mg/kg PAK16 mittels Schnellextraktionsverfahren und FTIR-Analytik untersucht. Für die Identifizierung der PAK-Belastung von an die Asphaltmischanlage angeliefertem Straßenausbaustoff ist der Grenzwert von 25 mg/kg relevant, anhand dem die Unterscheidung zwischen PAK-belasteten und unbelasteten Ausbaustoffen vorgenommen wird (FGSV, 2001). Die Auswertung hat ergeben, das Proben, welche anhand der konventionellen Analyse eine PAK-Belastung von über 25 mg/kg im Feststoff aufweisen, mit einem Prüfwert PA,PAK ≥ 0,68 identifiziert werden können, vgl. Abbildung 8. Lediglich zwei Einzelproben zeigen Abweichungen in dieser Zuordnung. Die FTIR-Analyse hat eine falsch negative Probe ergeben, die einen Prüfwert PA,PAK von 0,43 bei einem mittels Dünnschichtchromatographie bestimmten PAK-Gehalt von 50 mg/kg aufweist. Diese Abweichung kann durch inhomogene Proben und die Ungenauigkeit beider Verfahren erklärt werden. Eine weitere Probe wurde mit einem Prüfwert PA,PAK = 0,68 falsch positiv eingestuft, da die quantitativ PAK-Analyse einen Wert von 0,8 mg/kg ergab. Diese Probe ist ein Fräsgut aus einer Offenporigen Asphaltdeckschicht, welche mit hoher Wahrscheinlichkeit mit einem polymermodifizierten Bindemittel hergestellt wurde. In den Wellenzahlbereichen, die für die Bestimmung des PAK-Prüfwertes berücksichtigt werden, sind auch die zur Identifikation von SBS-modifizierten Bitumen berücksichtigen Peaks bei 699 cm -1 und 968 cm -1 enthalten. Nach visueller Kontrolle des Spektrums sind diese beiden Peaks ursächlich für den bestimmten PAK-Prüfwert. Um eine falsch-positive Identifizierung von polymermodifzierten Bindemittels als PAK-belastet zu vermeiden, kann vor der Bestimmung des Prüfwertes eine Überprüfung auf das Vorhandensein von SBS-Polymeren durchgeführt werden. 4|2023
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